L’aerodinamica è una delle discipline fondamentali dell’ingegneria aerospaziale, ma trova diverse applicazioni anche in altri ambiti quali l’ingegneria meccanica. L’aerodinamica è una branca della fluidodinamica che studia l’interazione tra un gas, in particolare l’aria, e un corpo solido, al fine di determinare le forze e le coppie agenti sul corpo per effetto dell’interazione. Nell’ambito dell’insegnamento si porrà esclusiva attenzione ai casi di flussi incompressibili, viscosi e non viscosi, e verrà fatto particolare riferimento all’analisi di problemi aerodinamici tipici del progetto aeronautico. L’insegnamento, pertanto, ha i seguenti obiettivi: - Introdurre i concetti di forze aerodinamiche e parametri adimensionali - Descrivere le leggi di conservazione che regolano il movimento e l’evoluzione di un fluido - Descrivere le equazioni del moto per un fluido non viscoso e incompressibile - Introdurre ai metodi di calcolo delle caratteristiche aerodinamiche di profili alari e di ali ad allungamento finito nel caso di fluido non viscoso e incompressibile - Descrivere le equazioni del moto per un fluido viscoso e incompressibile - Caratterizzare lo strato limite sia laminare sia turbolento Durante l’insegnamento, si farà l’uso del programma di calcolo scientifico MATLAB, per la soluzione di problemi aerodinamici.

Al termine dell'insegnamento, l’allievo sarà in grado di: - Descrivere le leggi del moto e particolarizzarle per i casi di interesse - Analizzare un problema aerodinamico (con particolare riferimento a quelli tipici del progetto aeronautico) e valutare l’approccio risolutivo migliore - Calcolare le distribuzioni di pressioni attorno ad un corpo immerso in una corrente fluida e valutare le forze aerodinamiche agenti su di esso - Descrivere in modo sufficientemente accurato il moto di un fluido attorno ad un corpo di forma complessa, o all'interno di condotti - Caratterizzare lo strato limite laminare e turbolento e determinare il suo impatto sulle forze aerodinamiche - Applicare metodi numerici semplici per il calcolo delle forze aerodinamiche

Sono richieste conoscenze di carattere matematico (fondamenti di calcolo differenziale e integrale) e fisico (fisica, termodinamica).

PARTE INTRODUTTIVA. Proprietà dei fluidi, definizioni di continuo e fluido ideale. Classificazione dei moti fluidi. Compressibilità e moti incompressibili. Parametri adimensionali. Flussi attorno a corpi affusolati al variare dei parametri del moto. Forze e momenti agenti su profili alari ed ali e relativi coefficienti adimensionali. (3 ore) RICHIAMI DI CALCOLO VETTORIALE ED ANALISI. Campi scalari e vettoriali, Gradiente, divergenza, rotore. Teoremi di Green e Stokes. (3 ore) DESCRIZIONE DEL MOTO FLUIDO. Descrizione lagrangiana ed euleriana. Moti stazionari e non stazionari. Linee di corrente, tubi di flusso. Derivata locale e lagrangiana. (6 ore) EQUAZIONI FONDAMENTALI PER UN FLUIDO INCOMPRESSIBILE. Bilanci di conservazione della massa, della quantità di moto e dell’energia. Relazioni costitutive. Equazioni di Navier-Stokes. Formulazione integrale e differenziale. Equazioni di Eulero. Circuitazione e vorticità. (15 ore) FLUIDO IDEALE, MOTO STAZIONARIO ED IRROTAZIONALE, FLUSSI BIDIMENSIONALI. Funzione di corrente e potenziale. Esempi di campi semplici e composti. Campo di moto attorno a cilindro circolare. Paradosso di D’Alembert e teorema di Kutta-Joukowski. Cenni di teoria delle variabili di funzione complessa e delle trasformazioni conformi. Potenziale complesso e velocità complessa. Teoria delle piccole perturbazioni. (27 ore) FLUIDO IDEALE, MOTO STAZIONARIO ED IRROTAZIONALE, FLUSSI TRIDIMENSIONALI. Sistemi vorticosi, teoremi di Helmholtz, legge di Biot-Savart. Ala finita secondo lo schema di Prandtl. (15 ore) FLUIDO VISCOSO, MOTO STAZIONARIO. Teoria dello strato limite, soluzioni di Blasius e Falkner-Skan. Introduzione alla turbolenza. Equazioni del moto mediate e modelli di chiusura. Metodi integrali per il calcolo dello strato limite turbolento. (31 ore)

Le lezioni di teoria (60 ore) e le esercitazioni (40 ore) sono alternate in modo coordinato. Le esercitazioni in aula vertono su applicazioni della teoria svolta a lezione in forma di esercizi di calcolo. All’allievo vengono presentati problemi atti a sviluppare le capacità di applicare la teoria nel contesto dei problemi aerodinamici e sviluppare le competenze attese. Gli esercizi sono proposti in progressione didattica. Parte dei calcoli svolti durante le esercitazioni saranno eseguiti utilizzando il software MATLAB fornendo le indicazioni necessarie per redigere i relativi programmi di calcolo.

R. Arina, Fondamenti di Aerodinamica, II° edizione, Levrotto & Bella, 2015. R. Arina, S. Scarsoglio, Esercizi di Aerodinamica, Levrotto & Bella. 2016. J. Anderson, Fundamentals of Aerodynamics, McGraw-Hill's, 2016 Per ulteriori approfondimenti: Houghton E.L., Carpenter P.W, Aerodynamics for Engineering Students, Arnold, London, 5th ed., 2003 Quarteroni A., Saleri F., Calcolo scientifico - Esercizi e problemi risolti con MATLAB e Octave, IV ed., Springer McLean D., Understanding aerodynamics, arguing from the real physics, Wiley, 2013.

Slides; Libro di testo; Libro di esercitazione; Esercizi risolti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... Esiste il solo esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta di 2 ore. Al fine di verificare il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l’acquisizione delle conoscenze e capacità di comprensione e delle capacità di applicarle, la verifica si articola in due parti. La prima parte, che tende a verificare l’acquisizione dei fondamenti dell’Aerodinamica, verte sulla teoria svolta a lezione e consiste in tre domande a risposta libera, senza l'aiuto di appunti e libri, per una durata di 30 minuti. Per questa prima parte alcuni quesiti a risposta multipla possono essere previsti. La seconda parte, tende a verificare il livello di apprendimento nel risolvere problemi di interesse aeronautico, e consiste nello svolgimento di alcuni esercizi di calcolo, simili a quelli presentati nelle esercitazioni. Per gli esercizi si chiede di fornire procedimento e risultati numerici. La prova ha una durata di 1 ora e mezza. Ciascuna prova pesa per la metà sulla votazione finale.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.